-
Titel: Mechanische Zahnbürste und
-
Verfahren zu ihrer Anwendung
B e s c h r e i b u'n
g Mechanische Zahnbürste und Verfahren zu ihrer Anwendung Die Erfindung betrifft
eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Reinigen von Zahnoberflächen und Zahnzwischenräumen.
Zweck dieser Reinigung ist es, Zahnbelag zu entfernen, der indirekt sowohl zu Karies
als auch zu Periodontitis führt.
-
Vorrichtungen und Verfahren zum Zähneputzen gemäß dem Stand der Technik
lassen sich allgemein in drei Kategorien unterteilen. Zu der ersten gehören Zahnbürsten
ohne Eraftantrieb, bei denen eine Anzahl Büschel aus einzelnen Borsten in einem
Bürstenkopf verankert und die Bewegung der Borsten gegenüber den Zähnen dadurch
erreicht wird, daß der Bürstenkopf als Ganzes von Hand bewegt wird. Zur zweiten
Kategorie gehören Zahnbürsten mit Kraftantrieb, bei denen der aus Büscheln und Borsten
ähnlich wie bei Handzahnbürsten bestehende Bürstenkopf von de r der Kraftantriebsvorrichtung
in Drehbewegungen, in gekrümmten, hin- und herführenden Wegen oder Umlaufbahnen
und in größeren Bahnen durch Handbewegung bewegt wird. Die dritte Kategorie besteht
aus Bürsten mit Kraftantrieb, bei denen der Bürstenkopf im wesentlichen ortsfest
ist und einzelne Büschel jeweils um ihre eigene. Achse in einer Richtung mechanisch
gedreht werden.
-
Beim herkömmlichen Zähneputzen von Hand ist bei glatten Oberflächen
und Zahnzwischenräumen das Reinigen der glatten facialen und lingualen Oberflächen
der Zähne verhältnismäßig einfach, da die Spitzen der Borsten eines Büschels sich
ungehindert oder nahezu ungehindert über diese breiten Bereiche oder Oberflächen
bewegen. Aber nahezu 90 % des Kariesbefalls und 70 % der Periodontitisfälle tritt
in den Zahnzwischenräumen längs der mesialen und distalen Oberflächen oder in Vertiefungen
und Rissen verdeckter Oberflächen auf. Beim Reinigen dieser Bereiche gleiten die
Borsten normalenieise über solche Vertiefungen oder Aussparungen hinweg. Wenn die
Borsten in die Vertiefungen gedrängt werden, haben sie die Tendenz, sich wegen ihrer
Flexibilität und Länge gegeneinander zu verkeilen und nehmen eine statische Lage
ein, die zur Beseitigung anhaftender Zahnbeläge aus den Vertiefungen ziemlich unwirksam
ist.
-
Außerdem bestimmt die charakteristische Flexibilität der einzelnen
Borsten physikalisch eine Struktur, die zu den Borstenspitzen nur einen sehr geringen
Anteil der Bewegung oder Kraft übertragen kann, die an der Verankerungsstelle der
Borsten im Bürstenkopf erzeugt wird.
-
Bürsten mit Kraftantrieb aus der oben genannten zweiten Kategorie,
z.B. die gemäß US Patent 3 577 579,sind nicht so wirksam wie die Vorrichtung und
das Verfahren gemäß der Erfindung, da diese Bürsten mit Kraftantrieb einen Bürstenaufbau
haben, der denen herkömmlicher Handbürsten ähnelt. Das bedeutet, daß mit diesen
Bürsten mit Kraftantrieb die Nachteile des Bürstenaufbaus, einschließlich der Verkeilung
der Borsten und der unwirksamen Kraftübertragung vom Bürstenkopf zu den Borstenspitzen,
nicht vermieden werden können.
-
Zahnbürsten mit Kraftantrieb aus der dritten Kategorie, z.B. die
Zahnbürste mit Kraftantrieb gemäß US Patent
2 215 031 haben im
allgemeinen eine Einrichtung zum kontinuierlichen Drehen jedes einzelnen Büschels
des Bürstenkopfes in einer Richtung. Ntegen dieser einseitigen Umdrehung laufen
die einzelnen Büschel der Borsten leicht aus Zwischenräumen zwischen großen Oberflächen
der Zähne heraus. Diese Erscheinung ist ähnlich wie bei einer herkömmlichen elektrischen
Bohrmaschine, wenn man diese entweder in eine unregelmäßig geformte Ausgangsöffnung
einsetzt oder unter einem Winkel kippt, der nicht zu der zu bohrenden Oberfläche
senkrecht verläuft. Im 11und sind die Zahnzwischenräume unregelmäßig geformte Öffnungen,
und wegen der Krümmung des Zahnbogens ist es schwer, die Büschel einer Bürste mit
geradem Kopf rechtwinklig in die Zwischenräume einzusetzen. Diese Tendenz, sich
aus einem Zwischenraum oder einer Vertiefung herauszubewegen, beeinträchtigt die
Reinigungswirkung der Zahnbürste, da es schwer ist, das Büschel so lange in einem
Zwischenraum zu halten, bis in diesem Zwischenraum abgesetzte Fremdstoffe wirksam
entfernt sind.
-
Der erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mechanische Zahnbürste
zu schaffen, mit der sich auch schwer zugängliche Vertiefungen von Zähnen und Zwischenräume
zwischen Zähnen mit geringer Mühe gründlich reinigen lassen.
-
illit der Erfindung wird eine Vorrichtung und ein Verfahren geschaffen,
mit denen sich die Nachteile des Standes der Technik beim Reinigen von Zahnzwischenräumen
und Zahnoberflächen vermeiden lassen. Die Vorrichtung gemäß der Erfindung weist
eine Vielzahl von Büscheln aus Einzelfäden auf, und jedes Büschel wird in gesteuerter
und vorherbestimmter Weise um seine eigene Achse gedreht. Insbesondere wird jedes
Büschel in gesteuerter Weise in Wechselrichtung gedreht, und einander unmittelbar
benachbarte Büschel werden in entgegengesetzten Richtungen gedreht. Ferner sind
die Büschel in zwei parallelen Reihen angeordnet, in denen jeweils einander benachbarte
Büschel gegeneinander versetzt und von unterschiedlicher Höhe sind.
-
Bei der Vorrichtung und dem Verfahren gemäß der Erfindung erzeugt
das Drehen eines Büschels aus einer Vielzahl von Einzelfäden um seine mittlere Achse
ein Verdrehen der Einzelfäden gegenüber einem Halter oder einer Fassung für jedes
einzelne Büschel. Diese Verdrehung ist das Ergebnis der in mehreren Dimensionen
erfolgenden Durchbiegung und der elastomeren Eigenschaften jedes Einzelfadens und
beruht auf der Tatsache, daß die Einzelfäden nur am Basisende zusammengehalten sind,
während das andere Ende Bewegungsfreiheit hat, um mit der zu reinigenden Zahnoberfläche
oder dem zu säubernden Zahnzwischenraum in Kontakt zu treten. Infolge dieser Verdrehungswirkung
werden die Oberflächen der Einzelfäden gegeneinander zusammengedrückt, und da sich
die Verdrehwirkung axial nach außen längs jedes Büschels fortsetzt, wird das Büschel
zunehmend steifer, und es wird eine zunehmend größere Energie vom Büschelhalter
längs des Büschels übertragen und an den Spitzen der Einzelfäden freigesetzt und
verteilt.
-
Diese Energieübertragung erfolgt wirksamer als bei Vorrichtungen gemäß
dem Stand der Technik, selbst wenn die Spitzen der Einzelfäden in den Löchern und
Rissen der abgeschlossenen Oberflächen oder in den Zwischenräumen zwischen den mesialen
und distalen Oberflächen der Zähne eingefangen sind.
-
Um die Büschel in den Zahnzwischenräumen so lange festhalten zu können,
daß ein gründliches Reinigen erfolgen kann, wird jedes einzelne Büschel in abwechselnder
Richtung gedreht. Die Umdrehung beginnt in einer Winkelrichtung und erfolgt über
eine Entfernung, die ausreicht, um eine wirksame Energieübertragung und eine seitliche
Bewegung des Büschels über den Zahnzwischenraum zu erreichen, damit sowohl die mesialen
als auch die distalen Oberflächen gereinigt werden, die aber nicht so groß ist,
daß das Büschel aus dem Zahnzwischenraum herausläuft und ausgetrieben wird. Dann
wird jedes Büschel in der entgegengesetzten llinkelrichtung gedreht, und nar wieder
gerade so weit, daß die gleichen Reinigungsergebnisse bei wirksamer Energieübertragung
erzielt werden, ohne daß die Büschel aus dem Zwischenraum herausgeschleudert werden.
-
Um die größtmögliche Sindringung in die Zwischenräume zu gewährleisten
und einen Büschelaufbau zu schaffen, bei dem eine verhältnismäßig große Anzahl von
Einzelfäden mit den gekrümmten mesialen und distalen Oberflächen in Berührung steht,
sind die Binzelfäden so angeordnet, daß die Spitze bzw. das Arbeitsende jedes Büschels
mäßig scharf spitz zuläuft. Ferner hat jeder Einzelfaden ein angespitztes Ende,
so daß jeder einzelne Faden leichter in die Zalmzwischenräume eindringt.
-
Zusätzlich zu den oben schon erwähnten mesialen und distalen Oberflächen
hat jeder Zahn eine faciale und eine linguale Oberfläche, die alle vier die vertikalen
Oberflächen einer Zahnkrone bilden. Da die Zahnfleischränder in den Zahnzwischenräumen,
die üblicherweise von den interdentalen Papillen gebildet sind, und die Zahnfleischränder
der erhabenen facialen und lingualen Zahnoberflächen zwischen den Zwischenräumen
senlrrecht versetzt sind, sind auch die Büschel vorzugsweise in jeder Büschelreihe
versetzt angeordnet.
-
Ein erster Satz aus langen Büscheln ist längs einer ersten
Linie
im Bürstenkopf angeordnet, während ein zweiter Satz aus kürzeren Büscheln längs
einer zweiten Linie im Bürstenkopf parallel zur ersten Linie und mit Abstand von
derselben angeordnet ist.
-
Innerhalb dieser versetzten Anordnung reichen die langen Büschel
in die Zahnzwischenräume, und die kurzen Büschel säubern die erhabenen Flächen der
Zähne in der Nähe des Zahnfleisches.
-
Eine weitere er,,ünschte Eigenschaft der Bürste gemäß der Erfindung
besteht darin, daß keine heftige Bewegung und keine Schwingungsbewegung des Bürstenkopfes
selber auftritt.
-
Deshalb kann der Bürstenkopf langsam und sanft über die Zahnoberflächen
und das benachbarte Zahnfleisch geführt werden.
-
Der ganze Kopf der Bürste schwingt nicht, dreht sich nicht, bewegt
sich nicht in kreisförmiger oder elliptischer Bahn und führt keinerlei Bewegung
außer der vom Benutzer vermittelten aus. Diese Eigenschaft ist besonders wichtig
beim Reinigen der Zähne, da die einem bewegten Bürstenkopf übermittelte Reinigungsbewegung
nie so groß sein kann, daß sie das sogenannte Wangenzittern durch das Einazirken
des Bürstenkopfes auf die Innenseite der Wange hervorruft. Mit der Erfindung werden
diese Einschränkungen der Reinigungsbewegung vermieden, da die Vorrichtung so gestaltet
sein kann, daß die Büschel mit gewünschter Geschwindigkeit für wirksames Reinigen
gedreht werden, ohne daß der Bürstenkopf eine Bewegung unter Kraftantrieb ausführt.
-
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht im verbesserten Reinigen
der Zahnfläche an den Zahnfleischrändern oder in der Nähe derselben. Die wechselnde
Drehbewegung jedes Büschels, wonach sich ein Büschel zunächst in einer Richtung
und dann in der anderen. Richtung dreht, bewirkt, daß die Spitzen der Einzelfäden
sich aufweiten, so daß die Fadenspitzen längs des Zwischenraumes zwischen dem Zahnfleisch
und den Zähnen entlangfegen. Durch diese verbesserte Reinigungswirkung
wird
das Zahnfleisch in gesunden Zustand versetzt und darin gehalten.
-
Da die einzelnen Büschel in Wechselrichtung gedreht werden, werden
die Einzelfäden der Büschel zyklisch verdreht zu rechtsgängigen und linksgängigen
Schraubenlinien.
-
Dies Verdrehen bewirkt eine Änderung der projizierten Gesamtlänge
jedes Büschels, wodurch auf die Oberflächen der Zähne eine Art Pumpwirkung ausgeübt
wird, die die Beseitigung des Zahnbelags fördert.
-
Im folgenden ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaften Einzelheiten
anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In
den Zeichnungen zeigt: Fig. 1 eine teilweise im Schnitt gezeigte Seitenansicht einer
Vorrichtung zum Reinigen der Zähne gemäß der Erfindung und den Antrieb und das Getriebe
der Vorrichtung; Fig. 2 eine teilweise im Schnitt gezeigte Draufsicht auf die Vorrichtung
gemäß Fig. 1 längs der Linie 2-2 und den Antrieb und das Getriebe der Vorrichtung;
Fig. 3 einen Querschnitt durch die Vorrichtung gemäß Fig. 1 längs der Linie 3-3
und das Getriebe der Vorrichtung; Fig. 4 einen Querschnitt durch die Vorrichtung
gemäß Fig. 1 längs der Linie 4-4 und eine Stütze für die Zahnstangen-Antriebswelle
der Vorrichtung; Fig. 5 eine teilweise im Schnitt gezeigte, vergrößerte Draufsicht
auf den Bürstenkopf der Vorrichtung gemäß Fig. 1 längs der Linie 5-5 und
die
Zahnrad-Zahnstangen-Anordnung der Vorrichtung; Fig. 6 einen Längsschnitt durch den
Bürstenkopf gemäß Fig. 5 längs der Linie 6-6 und die Büschelanordnung sowie die
Zahnrad-Zahnstangen-Anordnung der Vorrichtung; Fig. 7 einen Querschnitt durch den
Bürstenkopf gemäß Fig. 6 längs der Linie 7-7 und die Zahnrad-Zahnstangen-Anordnung
der Vorrichtung; Fig. 8 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht des Bürstenkopfs
der Vorrichtung gemäß der Erfindung und die Zahnrad-Zahnstangen-Anordnung und das
Verhältnis zwischen den verschiedenen Schichten der Anordnung; Pig. 9 eine Draufsicht
auf den Bürstenkopf gemäß Fig.
-
8 von unten längs der Linie 9-9 und die obere Stützplatte und obere
Lagereinsätze der Vorrichtung; Fig. 10 eine teilweise auseinandergezogene, perspektivische
Darstellung des Bürstenkopfes der Vorrichtung gemäß der Erfindung und insbesondere
eine einteilige Dichtung für Büschel-Antriebswellen der Vorrichtung; Fig.11 einen
Querschnitt durch die einteilige Dichtung gemäß Fig. 10 längs der Linie 11-11 und
insbesondere die Größe der Öffnung in der einteiligen Dichtung im Verhältnis zu
einer darin aufgenommenen Antriebswelle; Fig. 12 eine teilweise auseinandergezogene,
perspektivische Ansicht des Bürstenkopfes der Vorrichtung gemäß der Erfindung zur
Darstellung des
Verhältnisses zwischen dem Gehäuse des Bürstenkopfes
und der einteiligen Dichtung und dem Rest der Zahnrad-Zahnstangen-Anordnung.
-
In den Zeichnungen, insbesondere in Fig. 1 und 2 ist ein L3ngsschnitt
durch ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung gemäß der Erfindung, eine insgesamt
mit 10 bezeichnete Zahnbürste gezeigt, die besonders geeignet ist zum Reinigen von
Zahnoberflächen und Zahnzwischenräumen zur Beseitigung von Zahnbelag. Die Flächen
der Zähne, die mit diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel besonders gut gereinigt
werden können, sind die glatten Oberflächen der Zähne, die verborgenen Vertiefungen
und die Zahnzwischenräume.
-
Die Zahnbürste 10 hat einen Bürstenkopf 20 an einem Ende der Zahnbürste
10 und einen Handgriff 50 mit Kraftantrieb am anderen Ende. Der Handgriff 50 schließt
einen Antrieb 70 und ein Getriebe 80 ein, welches den Bürstenkopf 20 mit dem Antrieb
70 verbindet. Der Bürstenkopf 20 weist eine Vielzahl langer Büschel 42 und kurzer
Büschel 43 auf, die jeweils um ihre eigene mittlere Achse drehbar gelagert sind.
Beim bebevorzugten Ausführungsbeispiel sind zehn Büschel im Bürstenkopf 20 angeordnet,
und zwar sechs lange Büschel 42 und vier kurze Büschel 43. Die Büschel 42 und 43
sind längs des BUr-.
-
stenkopfes 20 versetzt, um für verbesserte Reinigung der Zähne in
den Zahnzwischenräumen und an den facialen und lingualen Zahnoberflächen zu sorgen,
die über die einander benachbarten Flächen erhaben sind und zwischen ihnen liegen.
Das verbesserte Reinigen mit den versetzten Büscheln ergibt sich aufgrund der Tatsache,daß
daß die Zahnfleischränder in den Zwi schenräumen und die erhabenen facialen und
lingualen Zahnoberflächen physiologisch senkrecht im Verhältnis zueinander versetzt
sind.
-
Typischenfeise reicht der Zahnfleischrand an den facialen und lingualen
Oberflächen näher an die Cervixlinie des Zahns als der Zahnfleischrand im Zahnswischenraum,
der von
interdentalem Zahnfleiochgewebe oder Papillen begrenzt
ist.
-
Zum Antrieb 70 gehört ein Gleichstrommotor 72 und ein elektrischer
Anschluß 74. Mit dem Getriebe 80 wird mechanische Energie vom Antrieb 70 über eine
Reihe von Zahnrädern übertragen, zu denen ein Ritzel 82 und ein Kronrad 84 gehören,
an dem ein Kurbelarm 86 mit Gabelkopf 88 befestigt ist. Der Gabelkopf 88 ist an
einer Antriebsstange 92 einer Zahnrad-Zahnstangen-Anordnung 30 angelenkt. Wie die
Fig.
-
2, 5 und 6 zeigen, überträgt die Zahnrad-Zahnstangen-Anordnung 30
die mechanische Energie in gesteuertem Wechselsinn auf die Büschel 42 und 43, so
daß die Drehbewegung der Büschel nach einer vorherbestimmten Anzahl Umdrehungen
umgekehrt wird.
-
Ferner werden die Büschel gegensinnig gedreht, d.h. einander benachbarte
Büschel drehen sich in entgegengesetztem Sinn.
-
In den Fig. 1 und 3 ist die Vorrichtung gemäß der Erfindung im Längsschnitt
bzw.Ouerschnittzu sehen. Wie aus der Zeichnung hervorgeht, hat der Handgriff 50
mit Kraftantrieb ein äußeres Gehäuse 52. Das Gehäuse 52 des Handgriffs 50 kann aus
einem zweckmäßigen Schutzstoff hergestellt sein und ist vorzugsweise aus isolierendem
Kunststoff konstruiert, der eine ausreichende Stärke hat, um als Stützeinrichtung
für den Antrieb 70 und das Getriebe 80 zu dienen und den Benutzer der Vorrichtung
vor der Wirkung schützt, die bei in Betrieb befindlicher Vorrichtung im Innern des
Handgriffs 50 mit Kraftantrieb auftritt.
-
Das Gehäuse 52 ist insgesamt länglich und rohrförmig und läuft leicht
von einem zum anderen Ende spitz zu, wobei der Bürstenkopf 20 dem einen Ende des
Gehäuses 52 zugeordnet ist. Der elektrische Anschluß 74 hat vorzugsweise die Form
eines koaxialen Steckers zum Herstellen eines elektrischen Kontaktes mit einer Gleichstromquelle,
z.B. einer 6 V Stromquelle, die in Fig. 1 als Block dargestellt ist. Diese Gleichstromquelle
kann weckmäßigerweise eine Batterie oder ein Transformator-Gleichrichter für Wecheelstrom
aus einer Haushaltsleitung
sein. Ein elektrischer Schaltkreis
ist in bekannter Weise gebildet, indem eine Seite des Anschlusses 74 zu einem Gleichstrommotor
72 führt, während die andere Seite mit einem im Gehäuse 52 aufgenommenen Schalter
76 und von dort zurück zum Gleichstrommotor 72 zur Vervollständigung des Kreises
in Verbindung steht. Der Gleichstrommotor 72 wird erregt, wenn der Schalter 76 geschlossen
ist. Der Schalter 76 kann ein beliebiger einpoliger Schalter sein und ist bei dem
bevorzugten Ausführungsbeispiel als einpoliger Nesserschalter in Form eines Schaltschiebers
gestaltet.
-
Im Gehäuse 52 des Handgriffs 50 ist eine Stützplatte 54 dadurch fest
angebracht, daß sie seitlich längs ihrer Basis in ausgekehlten Schultern 53 befestigt
ist, die in der Innenwand des Gehäuses 52 geformt sind. Der Gleichstrommotor 72
ist dadurch im Handgriff 70 gehalten, daß er an einem umgebogenen Abschnitt der
Stützplatte 54 angebracht und mittels Maschinenschrauben 58 daran befestigt ist.
-
Wie die Fig. 1, 2 und 3 zeigen, weist das Getriebe 80 das Ritzel
82 auf, welches einer als Ausgang dienenden Welle 73 des Gleichstrommotors 72 betriebsmäßig
zugeordnet ist. Das Ritzel 82 kann mit Preßsitz oder anderweitig fest auf der Welle
73 sitzen, so daß das Ritzel gemeinsam mit der Umdrehung der Welle 73 beim Betrieb
des Motors 72 gedreht wird.
-
Das Getriebe 80 umfaßt ferner das Kronrad 84, welches von der Stützplatte
54 drehbar abgestützt ist, wie im einzelnen aus dem Querschnitt gemäß Fig. 3 hervorgeht.
Das Kronrad 84 ist auf einem Zapfen 94 abgestützt, der in eine Öffnung in der Stütsplatte
54 paßt und ist darauf durch eine Mutter 96 gesichert. Wenn der Gleichstrommotor
72 erregt ist und die Welle 73 sich dreht, wird das Kronrad 84 mittels des Ritzels
82 angetrieben, welches mit dem gezahnten Teil des Kronrades 84 in betriebsmäßigem
Eingriff steht, wie Fig. 1 und 2 zeigen.
-
Um die Drehbewegung des Kronrades 84 in eine lineare
Hin-
und Herbewegung einer Zahnstange 36 und dann in eine abwechselnde Drehbewegung der
Büschel 42 und 43 umzusetzen, ist eine Gruppe von Elementen im Getriebe 80 vorgesehen,
wie nachfolgend im einzelnen beschrieben. Der Kurbelarm 86 ist mit einem Ende an
einem Teil des Kronrades*84 betriebsmäßig befestigt, welcher gegenüber der Mittelachse
des Kronrades 84 radial versetzt ist. Am anderen Ende ist der Kurbelarm mit einer
Antriebswelle 92 für die Zahnstange betriebsmäßig verbunden. Das erste Ende des
Kurbelarms 86 weist ein Verbindungsglied 87 auf. Wie Fig. 3 zeigt, ist das Verbindungsglied
87 am Kronrad 84 mittels eines Antriebszapfens 104 angelenkt, der durch das Verbindungsglied
87 eingesteckt und in einem ölgetränkten Lager 102 angebracht ist, welches in eine
entsprechende Ausnehmung im Kronrad 84 eingepreßt ist.
-
Das zweite Ende des Kurbelarms 86 ist über den Gabelkopf 88 und einen
Zapfen 89 an einem Schaft 91 der Antriebswelle 92 für die Zahnstange angelenkt.
Der Gabelkopf 88 ist am Ende des Kurbelarms 86 fest angebracht, wie Fig. 1 und 2
zeigen, und ist mit der Antriebswelle 92 durch den Zapfen 89 schwenkbar verbunden,
der durch Öffnungen im Endabschnitt des Gabelkopfes 88 und eine entsprechende Öffnung
im Schaft 91 der Gabel ragt.
-
Aus der bisherigen Beschreibung der Vorrichtung ist ohne weiteres
zu erkennen, daß die Antriebswelle 92 der Zahnstange bei erregtem Gleichstrommotor
72 veranlaßt wird, sich längs ihrer Längsachse linear in abwechselnden Zyklen hin-und
herzubeweg. Diese Hin- und Herbewegung resultiert aus der Wirkung des Kurbelarms
86, der sich in einer kreisförmigen Bahn bewegt, die durch die Bewegung des Kronrades
84 bestimmt ist. Die Länge des Hubs bei der Hin- und Herbewegung der Antriebswelle
92 ist eine Funktion des radialen Abstandes zwischen dem Mittelpunkt des Kronrades
84 und dem zentralen Befestigungspunkt des Kurbelarms 86 am Kronrad 84.
-
Der Bürstenkopf 20 mit der Zahnrad-Zahnstangen-Anordnung
30
ist in den Fig. 5, 6, 7, 8, 10 und 12 dargestellt.
-
Bei dem hier gewählten Ausführungsbeispiel zum Reinigen der Zähne
hat der Bürstenkopf 20 zehn Büschel. Die Anzahl Büschel ist so gewählt, daß der
Bereich, den die Büschel im Bür5tenlcopf 20 einnehmen so lang ist, daß eine Anzahl
von Zahnoberflächen und Zahnzwischenräumen gleichzeitig wirksam gereinigt werden
kann, und andererseits auch wieder so kurz, daß der Bürstenkopf 20 in der Mundhöhle
aufgenommen werden kann, so daß der größte Teil der reinigenden Spitzen der Büschel
mit den lingualen Oberflächen der Zähne in Berührung gebracht werden kann. Jedes
Büschel ähnelt den herkömmlicherweise in der Zahnbürstenindustrie verwendeten Büscheln,
bei denen ein Büschel eine Ansammlung aus Einzelfäden ist, deren untere Enden in
einem einzigen Loch verankert sind, während die entgegengesetzten Enden der Einzelfäden
frei sind. Solche Büschel sind verhältnismäßig lang und dünn, so daß sie bei Ver-Wendung
in der Vorrichtung und dem Verfahren gemäß der Erfindung leicht in die Zahnzwischenräume
eindringen und eine wirksame Kraftübertragung dadurch bewerkstelligen, daß sich
im wesentlichen alle Einzelfäden jedes Büschels verdrehen, wenn das Büschel um seine
eigene Mittelachse gedreht wird.
-
Die Büschel sind abwechselnd in zwei versetzten Reihen langer Büschel
42 und kurzer Büschel 43 angeordnet. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind,
wie Fig. 7 zeigt, die langen Büschel 42 jeder Reihe vertieft bzw. näher zur Längsachse
des Bürstenkopfes 20 angeordnet, als die kurzen Büschel 43 jeder Reihe. Sowohl die
kurzen Büschel 43 als auch die langen Büschel 42 haben spitzzulaufende Oberflächen,
die von den Spitzen der Einzelfäden jedes Büschels bestimmt sind. Die spitzzulaufende
Gestalt der langen Büsdiel 42 macht es möglich, daß die langen Binzelfäden der Büschel
in die Z'ahnzwischenräume eindringen.
-
Auch die kurzen Büschel 43 sind abgeschrägt oder laufen spitz zu,
und zwar aus mindestens zwei Gründen. Ersten8, wenn die kurzen Büschel 43 so beschnitten
wären, daß sie eine ebene Oberseite hätteR, wäre die seitliche Schwingungebewegung
unerwünscht
heftig und würde zu mechanischen Konflikten mit benachbarten Büscheln führen. Zweitens
bewirkt die unterschiedliche Tiefe der Zahnzwischenräume daß ein-flach beschnittenes
Büschel in einigen Fällen zu stark an den erhabenen facialen und lingualen Zahnflächen
anliegen und in anderen Pällen diese Flächen ganz auslassen würde. Aus diesen Gründen
sind auch die Enden der kurzen Büschel 43 angespitzt oder schräg zugeschnitten,
wie in den Zeichnungen schematisch dargestellt.
-
Das versetzte Verhältnis zwischen den langen Büscheln 42 und den
kurzen Büscheln 43 ist besonders vorteilhaft zum Reinigen der Zahnoberflächen und
der Zahnzwischenräume. Die erhabenen facialen und lingualen Zahnoberflächen der
oberen und unteren Zähne reichen näher an den Gaumen bzw. den Boden des Fluides
als die zugehörigen Zahnzwischenräume, so daß sich ein versetztes Verhältnis zwischen
der Lage jedes Zahnzwischenraumes und der Lage der Zahnfleischränder der erhabenen
facialen und lingualen Zahnoberflächen ergibt. Deshalb sind beim bevorzugten Ausführungsbeispiel
die langen Büschel 42 so angeordnet, daß die Einzelfäden vorteilhaft in Zwischenraumbereiche
zwischen Zähnen eindringen, während die kurzen Büschel 43 so angeordnet sind, daß
sie die erhabenen Zahnflächenbereiche reinigen.
-
Jedes Büschel besteht aus einer Vielzahl von Einzelfäden von vorherbestimmtem
Durchmesser und physikalischen Eigenschaften, so daß die gewünschte Reinigungswirkung
durch die Büschelbewegung gemäß der Erfindung erzielt wird. Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel
hat jedes Büschel einen Durchmesser von ca. 2,286 mm (0,090 Zoll) und enthält hunderte
von Einzelfäden, deren Durchmesser jeweils zwischen 0,102 und 0,152 mm (0,004 bis
0,006 Zoll) liegt. Jedes Büschel verläuft an der Spitze schräg so daß ein Scheitelwinkel
von ca. 500 eingeschlossen ist. Jeder Einzelfaden ist so gestaltet, daß er einen
Scheitelwinkel von ca. 250 hat. Hierdurch wird das Reinigen
der
Zahnzwischenräume, der Zahnfleischzwischenräume und anderer kleiner Bereiche verbessert.
-
Wie die Fig. 7 und 12 zeigen, sind die zehn Büschel 42 und 43 jeweils
in einer Fassung 44 aus Metall mechanisch'gehalten. Die Basisenden der Einzelfäden,
die das untere Ende jedes Büschels 42 und 43 bilden, sind vorzugsweise mittels einer
ueißsiegelplatte miteinander verschmolzen, wodurch die Einzelfäden in einer gewünschten
Anordnung gehalten werden.
-
Das untere Ende jedes Büschels ist dann mit Preßsitz in die Fassung
44 eingesetzt, so daß durch den Reibungseingriff der Einzelfäden mit der Innenwand
der Fassung 44 jedes Büschel in der Passung 44 festgehalten ist. Andererseits können
die Einzelfäden aber auch in der Fassung 44 für jeweils ein Büschel auf andere herkömmliche
Weise als durch Verschmelzen der Basisenden zusammengehalten sein.
-
Jede Fassung 44 hat einen sich nach unten erstreckenden Bereich 45,
der in eine Bohrung in einer Antriebswelle 46 für die Büschel paßt. Die Fassung
44 ist mit zweckmäßigem Klebstoff an der Antriebswelle 46 für die Büschel befestigt.
-
Durch diese Art der Befestigung jeder einzelnen Fassung 44 an der
Antriebswelle 46 wird ein sicherer gegenseitiger Eingriff zwischen den beiden gewährleistet
und eine Einrichtung zum zwangsläufigen gemeinsamen Antrieb der Fassung 44 und der
Antriebswelle 46 für die Büschel erzielt.
-
Wie die Fig. 5, 6, 8 und 9 zeigen, sind die Antriebswellen 46 für
die Büschel innerhalb des Bürstenkopfes 20 durch einen an einer oberen Stützplatte
47 befestigten oberen Lagereinsatz 32 und einen an einer unteren Stiltzplatte 48
befestigten unteren Lagereinsatz 33 drehbar gelagert. Diese Lagereinsätze 32 und
33 sind aus einem ölgetränkten Lagerwerkstoff hergestellt. Der obere Lagereinsatz
32 hat Öffnungen, während im unteren Lagereinsatz 33 Ausnehmungen ausgebildet sind,
die so zusammenwirken, daß die Wellen der langen Büschel 42 in tIittelpunktsabständen
von ca. 7,468 mm (0,294
Zoll) angeordnet sind, was dem durchschnittlichen
Abstand zwischen Zahnzwischenräumen angenähert ist, der nämlich ca.
-
7,722 mn (0,304 Zoll) beträgt. Aussparungen in den Lagereinsätzen
32 und 33 legen auch die kurzen Büschel 43 in im wesentlichen gleichen Abständen
von den unmittelbar benachbarten langen Büscheln 42 fest. Ein Ende jeder Antriebswelle
46 ruht in einer Aussparung im unteren Lagereinsatz, wodurch die Antriebswelle 46
an einer axialen Abwärtsbewegung gehindert ist. An einer axialen Aufwärtsbewegung
ist jede Antriebswelle 46 durch ein Stirnrad auf der Antriebswelle gehindert. Auf
jede Antriebswelle 46, die einem kurzen Büschel 43 zugeordnet ist, sitzt mit Preßsitz
ein leerlaufendes Stirnrad 35, während ein angetriebenes Stirnrad 34 mit Preßsitz
auf jeder einem langen Büschel 42 zugeordneten Antriebswelle 46 sitzt. Auf jeder
Antriebswelle 46 sind Rändelungen 39 vorgesehen, die einen sicheren Eingriff mit
den Stirnrädern 34 und 35 gewährleisten.
-
Die Stützplatten 47 und 48 sind im Bürstenkopf 20 angebracht und
durch vier Abstandssäulen 49, die vorzugsweise an den Enden mit abgedrehten Schultern
versehen sind, in festem gegenseitigen Verhältnis gehalten. Die Abstandssäulen 49
sind in Abstandslöcher 64 der Stützplatten 47 und 48 eingesetzt und liegen mit ihren
abgedrehten Schultern auf ihnen auf. Nach dem Zusammensetzen werden die Enden der
in die Abstandslöcher 64 eingesetzten Abstandssäulen 49 mechanisch aufgeweitet oder
beispielsweise gestaucht, ul: die Stutzplnt ten 47 und 48 fest mit ihnen zu verbinden.
Die obere Stützplatte 47 hat eine Öffnung 62, die aus den Pig. 9, 10 und 12 hervorgeht
und zum Einführen von Schmiermittel aus einem Ölloch 25 in einer oberen Gehäusehälfte
22 des Bürstenkopfes zu der Zahnrad-Zahnstangen-Anordnung 30 dient.
-
Wie schon erwähnt, ist auf jeder Antriebswelle 46 für die zehn Büschel
ein Stirnrad 34 bzw. 35 angebracht. Die zehn Stirnräder 34 und 35 der Antriebsanordnung
sind in zwei getrennte
Zahnradverbindungen zu je fünf Zahnrädern
unterteilt.
-
Wie Fig. 5 zeigt, sind die Zahnräder so versetzt angeordnet, daß sechs
angetriebene Stirnräder 34 mit der Zahnstange 36 kämmen und folglich von ihr angetrieben
werden. Vier leerlaufende Stirnräder 35 sind ausschließlich durch ihren Eingriff
mit den angetriebenen Stirnräden134 angetrieben. In Fig. 5 ist die Zahnstange 36
in ihrer am weitesten zurückgezogenen Stellung gezeigt, bei der sie nur mit zwei
angetriebenen Stirnrädern 34 kämmt, während die acht weiter vornliegenden Zahnruder
sich infolge des Kämmen der Zahnräder weiter-hin drehen. Im Betrieb wird die Zahnstange
36 längs einer linearen Bahn mittels der Antriebswelle 92 hin- und herbewegt. Beim
bevorzugten Ausführungsbeispiel haben ferner die langen Büschel 42 und die kurzen
Büschel 43 den gleichen Basisumfang, und die Zahnstange 36 wird aus ihrer in Fig.
5 gezeigten hinteren Stellung um eine Entfernung zum Bürstenkopf 20 bewegt, die
eineinhalb mal dem Umfang jedes Büschels entspricht.
-
Wegen der gesteuerten linearen Hin- und Herbewegung der Zahnstange
36 wird jedes Büschel in einem vorherbestimmten Wechselzyklus in gesteuerter Weise
gedreht. Diese Wechselbewegung, die in einer Richtung eineinhalb mal dem Basisumfang
jedes Büschels entspricht, ist beim bevorzugten Ausführungsbeispiel deshalb gewählt,
damit jedes Büschel zunächst in einer Richtung eineinhalb Umdrehungen ausführt und
dann eineinhalb Umdrehungen in der entgegengesetzten Richtung. Allerdings kann das
Ausmaß der Bewegung im gesteuerten Wechselzyklus, gemessen in Einheiten des Büschelumfangs,
je nach dem Durchmesser der Einzelfäden in jedem Büschel, der Länge und dem Durchmesser
jedes Büschels selbst sowie dem eingeschlossenen Winkel der schräg zulaufenden Büschelspitze,
die von den Spitzen der Einzelfäden bestimmt ist, schwanken.
-
Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Zahnstange 36 im Verhältnis
zu ihrer Querschnittsabmessung ziemlich lang.
-
Um die Möglichkeit des Verbiegens der Zahnstange 36 durch die raschen
hin- und henfirkenden Kräfte, denen sie unterliegt, bei diesem Abmessungsverhältnis
zu verringern, ist die Zahnstange
in einer U-förmigen Platte 37
eingebettet und mit ihr punktverschweißt, wie Fig. 7 und 10 zeigen.
-
Um die Stützplatten 47 und 48 mit dem Handgriff 50 mit Kraftantrieb
zu verbinden, ist ein Rohr 38 aus Metall als Stütze vorgesehen, welches die Antriebswelle
92 umgibt. Das Rohr 38 hat eine in Richtung zum Bürstenkopf 20 enger werdende Außenwand.
Am kleineren Ende des Rohrs 38 sind Bereiche vom Rohr entfernt, so daß zwei einander
gegenüberliegende eigene Flächen entstehen, über die die zusammengesetzten Stützplatten
47 und 48 eingepaßt und durch lieftscllweißung oder Löten befestigt werden.
-
PJie aus Fig. 1 hervorgeht, hat das spitzzulaufende, als Stütze dienende
Rohr 38 an seinem größeren Ende in der ITähe des Handgriffs 50 einen eingezogenen
Durchmesser und ein Gewinde, so daß es in ein Loch in einem umgebogonen Abschnitt
der Stützplatte eingesetzt und darin mittels einer Mutter 98 befestigt werden kann.
Innerhalb der 1futter 98 ist eine Dichtung 99 angeordnet, die verhindert, daß Schmiermittel
aus dem Bürstenkopf 20 in den Handgriff 50 fließen kann.
-
Uie die Fig. 1, 3 und 4 zeigen, ist der rohrförmige Abschnitt der
Antriebswelle 92 für die Zahnstange von zwei öletrankten Hülsenlagern 41 abgestützt
und in ihnen drehbar gelagert, die ihrerseits mit Preßsitz in den Innendurchmesser
des schräg zulaufenden, als Stütze dienenden Rohrs 38 eingesetzt sind, welches sich
vom Handgriff 50 zum Bürstenkopf 20 erstreckt. Zum Schützen und Abschirmen der Zahnrad-Zahnstangen-Anordnung
30 des Bürstenkopfs 20, der Antriebswelle 92 für die Zahnstange und des Rohrs 38
ist eine obere Gehäusehälfte 22 und eine untere Gehäusehälfte 24 für den Bürstenkopf
vorgesehen. Die Gehäusehälften 22 und 24 passen eng um die Stützplatten 47 und 48
und das Rohr 38 und sind an einander entsprechend gestalteten Zwischenflächen zusammengeklebt,
um Schmiermittel für die Zahnrad-Zahnstangen-Anordnung 30 einzubehalten und das
Eindringen von Feuchtigkeit aus der Umgebung
zu verhindern. An
der Stelle, an der die Gehäusehälften 22 und 24 auf eine Endkappe 26 für das Gehäuse
52 treffen, sind die Gehäusehälften 22 und 24 durch eine Öffnung in der Endkappe
26 geführt und als Feuchtigkeitsbarriere ist ein flexibler Silikonklebstoff aufgetragen.
-
Um zu gewährleisten, daß Schmiermittel nicht austreten und Fremdstoffe,
wie Feuchtigkeit nicht in die Zahnrad-Zahnstangen-Anordnung 30 eintreten können,
ist eine einteilige Dichtung 28 vorgesehen, die Öffnungen hat, in die jeweils eine
der zehn Antriebswellen 46 für die Büschel eingepaßt ist.
-
Wie Fig. 10, 11 und 12 zeigen, sind Bereiche 27 der Dichtung 28 in
der Nähe jeder Antriebswelle 46 für die Büschel erhaben und können sich gegenüber
dem Boden der Dichtung 28 bewegen. Das Biegen der erhabenen Bereiche 27 der Dichtung
28 beim bevorzugten Ausführungsbeispiel ermöglicht die Aufnahme von Toleranzschwanuungen
in den Schaftloch-I*Iittellinienabmessungen des Lagereinsatzes 32 und der Dichtung
28 selbst. Ein in der oberen Gehäusehälfte 22 des Bürstenkopfes vorgesehener Dichtring
29 liegt an der Unterseite der Dichtung 28 an, um zu verhindern, daß Flüssigkeiten
um den Rand der Dichtung 28 herum gelangen. Fig. 11 zeigt, daß jede Öffnung in der
Dichtung 28 etwas kleiner ist als nötig zur Aufnahme jeder Antriebswelle 46. Das
Biegen der Dichtung 28 um jede Antriebswelle 46 herum und gegen dieselbe bewirkt
eine im wesentlichen flüssigkeitsdichte Abdichtung.
-
Es ergibt sich ohne weiteres aus der obigen Beschreibunt daß beim
Betrieb der Vorrichtung gemäß der Erfindung eine Bewegung des Schalters 76 zum Erregen
des Gleichstrommotors 72 das Kronrad 84 in Umdrehung versetzt. Hierdurch wird wiederum
der Kurbelarm 86 bewegt, der eine Hin- und Herbewegung der Antriebswelle 92 ftir
die Zahnstange verursacht, wodurch eine entsprechende lineare Hin- und Herbewegung
der Zahnstange 36 hervorgerufen wird. Wenn sich die Zahnstange 36 in einer linearen
Bahn hin- und herbewegt, kämmt sie mit gewissen Stirnrädern 34 der Zahnradverbindung
und dreht diese
um eine Anzahl von Umdrehungen zunächst in der
einen Richtung und dann um eine Anzahl von Umdrehungen in der entgegengesetzten
Richtung, wodurch die den Stirnrädern 34 und 35 zugeordneten Büschel 42 bzw. 43
im Wechselzyklus gedreht werden.
-
Während jedes beliebigen Teils des Zyklus, außer bei momentanen stationären
Stellungen drehen sich einander benachbarte Büschel in entgegengesetzten Richtungen.
-
Die erwünschte Betriebsgeschwindigkeit für die hin-und hergehende
Zahnstange 36 liegt etwa zwischen 800 und 1300 Zyklen pro Minute bei eineinhalb
Umdrehungen in jeder Richtung pro Zyklus. Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel wird
die Zahnstange 36 mit 1000 Zyklen pro Minute hin- und herbewegt und die Büschel
drehen sich mit etwa 3000 Umdrehungen pro Minute.
-
Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung steht also eine
Vielzahl von Büscheln zur Verfügung, die in Wechselzyklus etwa eineinhalb Umdrehungen
in jeder von zwei Richtungen gedreht werden. Während einer Hälfte eines ÇJechselzyklus
wird jedes der ersten Büschel etwa eineinhalb mal in einer ersten Richtung gedreht,
während jedes der zweiten Büschel in einer zweiten Richtung, entgegengesetzt zur
ersten Richtung etwa eineinhalb mal gedreht wird. Danach wird während der zweiten
Hälfte des Wechselzyklus jedes der ersten Büschel etwa eineinhalb Umdrehungen in
der zweiten Richtung gedreht, während jedes der zweiten Büschel etwa eineinhalb
Umdrehungen in der ersten Richtung gedreht wird. Diese gesteuerte Wechseldrehbewegung
um eineinhalb Umdrehungen reicht aus, daß jedes lange Büschel 42 eine gewisse Bewegung
innerhalb eines Zahnzwischenraums beginnen kann, indem es bestrebt ist, längs einer
Wand des Zwischenraums aus diesem Zwischenraum herauszulaufen. Die Umdrehung wird
jedoch an optimaler Stelle vor dem Herauslaufen umgekehrt, und das Büschel bewegt
sich zurück und über den Zahnzvischenraum hinaus und ist bestrebt längs der entgegengesetzten
Wand des Zahnzwischenraums auszulaufen. Diese Bewegung wird rasch wiederholt, um
ein gründliches Reinigen
der Zahnzwischenräume und der benachbarten
Zahnoberflächen zu erreichen. Die gegensinnige Drehung einander benachbarter Büschel
gemäß der Erfindung trägt auch dazu bei, die Stabilität der Bürste zum Einhalten
der Berührung mit den Zahnoberflächen und den Zahnzwischenräumen zu erhöhen.
-
Ferner ist die Wechseldrehbewegung jedes Büschels vorteilhaft, weil
sie bewirkt, daß die freien Enden der Einzelfäden während eines Teils des Wechselzyklus
auseinanderbewegt werden, wenn die Umdrehungsrichtung eines Büschels umgekehrt wird.
Aufgrund dieses Aufweitens wischen die gestreckten Einzelfadenspitzen balgs des
Zwischenraums zwischen dem Zahnfleisch und den Zähnen und tragen zur Beseitigung
von Zahnbelag bei, der an dieser Stelle sowohl Karies als auch Zahnfleischentzündungen
hervorrufen sSrde.
-
Die Vorrichtung und das Verfahren gemäß der Erfindung bewirken eine
verbesserte Reinigung und sind zur Benutzung nicht nur deshalb erwünscht, weil die
Büschel selbst bewegt werden und damit eine Reinigungswirkung ausüben, während der
Bürstenkopf ortsfest bleibt, wenn man von der sanften Bewegung absieht, die ihm
der Benutzer verleiht, sondern auch weil sie leistungsfähiger und wirksamer sind
wegen der besonderen Drehbewegung der Büschel und der Konstruktion der Einzelfäden.
-
Eine verbesserte Reinigung der Zahnoberflächen ergibt sich auch durch
eine Art von Pumpwirkung der Büschel während ihrer abwechselnden Drehbewegung. Tiienn
die Büschel aus einer Stellung maximaler Umdrehung in einer Richtung in eine Stellung
maximaler Umdrehung in der anderen Richtung bewegt werden, ergibt sich unter den
einzelnen Einzelfäden eine Bewegung oder Umorientierung aus einer Stellung maximaler
Verdrehung in einer Richtung (verkürzte Schraubenlinie in einer Richtung) über eine
neutrale Stellung (gestreckter oder gerader Einzelfaden) in eine Stellung maximaler
Verdrehung in entgegengesetzter Richtung (verkürzte Schraubenlinie in entgegengesetzter
Richtung). Eine projizierte Länge des Einzelfadens ändert sich also
von
kurz über lang zu kurz, wenn die Einzelfäden von einer Stellung maximaler Verdrehung
in einer Richtung ausgehen und in eine Stellung maximaler Umdrehung in der entgegengesetzten
Richtung belegt werden. Eine solche linderung der projizierten Länge des Einzelfadens
erzeugt eine Art Pumpwirkung der Spitze der n"inzelfäden auf eine Zahnoberfläche
oder einen Zahnza schenraum, wodurch die Reinigung verbessert wird.
-
Die Erfindung läßt sich wie folgt zusammenfassen: Eine Vorrichtung
und ein Verfahren zum Reinigen von Zahnoberflächen und Zahnzwischenräumen, wobei
eine Vielzahl von Büscheln aus Einzelfäden jeweils in gesteuerter Weise hin- und
hergedreht wird. Ferner werden einander unmittelbar benachbarte Büschel im Gegensinn
gedreht. Jedes Büschel wird um seine eigene Nittelachse gedreht und mit den Zähnen
in Berührung gebracht, wobei die Einzelfäden eine Verdrehwirkung entfickeln, die
dynamisch und in Reihe von der Basis jedes Büschels zu den entgegengesetzten freien
Enden der Einzclfäden fortschreitet. Die Vielzahl Büschel ist in zwei parallelen
Reihen angeordnet, in der jeweils einander benachbarte Büschel im Verhältnis zueinander
versetzt angeordnet sind.
-
Das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung lassen sich
auch gewerblich von Zahntechnikern anwenden, insbesondere bei der Herstellung und
Reinigung künstlicher Gebisse.
-
L e e r s e i t e